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ADC の SNR および ENOB カリキュレータ

アナログ-デジタルコンバータの信号対雑音比、有効ビット数 (ENOB)、およびアパーチャジッター効果を含むSFDRを計算

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公式

SNRideal=20⋅log10(2)⋅N+10⋅log10(3/2)dB;SNRjitter=−20⋅log10(2π⋅fin⋅tj)SNR_ideal = 20·log₁₀(2)·N + 10·log₁₀(3/2) dB; SNR_jitter = −20·log₁₀(2π·f_in·t_j)
N— ADC 解像度 (ビット単位) (bits)
SNR— 信号対雑音比 (dB)
ENOB— 有効ビット数 (bits)
t_j— アパーチャ・ジッター (RMS) (s)
f_in— 入力信号周波数 (Hz)

仕組み

ADC SNR Calculatorは、アナログ-デジタルコンバータの信号対雑音比と有効ビット数（ENOB）を計算します。これは、データ収集システムの設計、オーディオインターフェイスの開発、および高精度測定アプリケーションに不可欠です。テストエンジニア、ミックスド・シグナル設計者、および計測スペシャリストは、これを使用してADCの性能を評価し、適切なコンバータを選択します。IEEE 1241-2010 によると、理想的な ADC の SNR は 6.0206*N + 1.761 dB に等しくなります。ここで、N はビット分解能です。16 ビット ADC の理論上の SNR は 98.09 dB です。ENOB = (SINAD-1.761)/6.0206 は、すべてのノイズと歪みを考慮した実際の分解能を定量化します。SINAD が 86 dB の 16 ビット ADC では、ENOB は 14.0 ENOB しか得られません。最新のSAR ADCは0.5〜1.0ビットのENOB損失を実現しますが、デルタシグマコンバータは理想値の0.2ビット以内に達します。アナログ・デバイセズのMT-003によると、ADCの性能を比較する上で最も重要な性能指標はENOBだけです。

計算例

振動センサーのデジタル化のための14ビットSAR ADC（AD7944）を評価してください。データシートには、2.5 MSPS で 84.5 dB の SNR が記載されています。ステップ 1: 理論上の SNR = 6.02*14 + 1.76 = 86.04 dB。ステップ 2: ENOB = (84.5-1.76)/6.02 = 13.74 ビット — ノイズと歪みによって失われるのは 0.26 ビットだけです。ステップ 3: 有効ダイナミックレンジ = 84.5 dB = 16, 800:1 の振幅比。ステップ 4:10V フルスケール入力の場合、ノイズフロア = 10V/16800 = 0.6 mV RMS になります。ステップ 5: センサー信号が最小 0.6 mV を超えていることを確認し、適切なデジタル化を行います。このADCは、SAE J2716 SENTプロトコルに基づく車載センサーの要件を超えています。

実践的なヒント

  • ✓IEEE 1241-2010に従い、ビンの漏れを防ぐために、素数比の入力周波数でコヒーレントサンプリングを使用してSINADを測定してください
  • ✓アナログ・デバイセズのMT-003ごとの量産ADC選択における理論上の最大値から1〜2ENOBの損失を予算
  • ✓PCBレイアウトの検討:デカップリングが不十分だと、TI SBAA147あたりENOBが2～3ビット劣化する可能性があります
  • ✓差動入力を使用してコモンモードノイズを除去—産業環境ではENOBを0.5〜1ビット向上させます

よくある間違い

  • ✗データシートのS/N比がすべての周波数に適用されると仮定すると、ほとんどのADCはIEEE 1057に従ってナイキスト付近で3～6dBのSINAD損失を失います。
  • ✗S/N比がSINADと混同されやすい — S/N比では高調波が排除されるのに対し、SINADにはTHDが含まれているため、差は6dB以上になる可能性がある
  • ✗アパーチャ・ジッターを無視:1 ps のジッターにより、ADC の分解能に関係なく 100 MHz 信号の SNR は 66 dB に制限されます。
  • ✗温度効果の見落とし：メーカーのデータによると、SNRは通常、25℃から85℃に3～6dB低下します

よくある質問

SNR = 信号電力/ノイズ電力（高調波を除く）。SINAD = IEEE 1241 に準拠した信号/ (ノイズ+歪み)。16 ビット ADC の場合、S/N 比は 95 dB ですが、SINAD は THD が原因で 89 dB しかありません。エノブはサイナドを使います:エノブ = (SINAD-1.76)/6.02。真の分解能評価には常に SINAD を使用してください。
各ビットは分解能を2倍にし、6.02dBのSNRを増加させます。8ビット=50dB、12ビット=74dB、16ビット=98dB、24ビット=理論上146dBです。実際的な制限:24 ビット ADC の熱ノイズは、最大 120 dB (20 ENOB) に制限されます。Kesterによると、ノイズシェーピング機能を備えたデルタシグマADCは、低周波信号で最高の ENOB を実現します。
IEEE 1241準拠：(1) 量子化ノイズ — 基本値6.02N+1.76制限。(2) 熱ノイズ — ENOBの上限を20ビット前後に設定。(3) アパーチャ・ジッター — 16ビットの100MHzには100fs必要。(4) リファレンスノイズ — 16ビットの場合は0.1ppm/sqrt (Hz) の低価格。(5) クロック位相ノイズ — 高周波SINAD 1:1 をdB単位で劣化させます。

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